《智慧型電動兒童椅的路徑生成方法及智慧型電動兒童椅》是好孩子兒童用品有限公司於2013年3月5日申請的專利，該專利的公布號為CN103196444A，公布日為2013年7月10日，發明人是蔡輝、羅方龍、許少強、楊春傑、程勝、張建偉。
《智慧型電動兒童椅的路徑生成方法及智慧型電動兒童椅》包括了學習以及再現部分。該發明的優勢在於提出了一種運動路徑學習和再現方法。以在智慧型電動兒童椅上的套用為例，其優勢在於使這類搖椅具備一種可供用戶自行定義其運動路徑的功能模式，在這種模式下智慧型電動兒童椅能夠記錄自身運動狀態信息（比如速度、位置坐標和姿態等），並在需要的時候自動再現，從而能夠滿足不同用戶的多樣需求，顯著增強該產品的靈活性，使其功能和用戶體驗更加豐富多樣。
2017年12月11日，《智慧型電動兒童椅的路徑生成方法及智慧型電動兒童椅》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：智慧型電動兒童椅的路徑生成方法及智慧型電動兒童椅
- 申請人：好孩子兒童用品有限公司
- 申請日：2013年3月5日
- 申請號：2013100688981
- 公布號：CN103196444A
- 公布日：2013年7月10日
- 發明人：蔡輝、羅方龍、許少強、楊春傑、程勝、張建偉
- 地址：江蘇省蘇州市崑山市陸家鎮錄溪東路20號
- 分類號：G01C21/12(2006.01)I、B62B7/00(2006.01)I
- 代理機構：蘇州創元專利商標事務所有限公司
- 代理人：孫仿衛
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
據聯合國的統計數據，全球嬰幼兒數量為，全球每天的新生嬰兒數是30萬；另外根據數據顯示，中國0到6歲的嬰幼兒數量為1.08億，而童車是嬰童產品中的最為典型和普遍的產品，有著非常大的市場。針對嬰幼兒階段的產品有電動鞦韆，以及美國4moms公司新推出的的mamRroo雙軸自動嬰兒車產品等。一方面2013年3月之前的兒童搖椅產品的運動路徑（一般為鞦韆式擺動）均採用出廠預先設定的方式，如普通鞦韆式搖椅以及美國4moms公司的mamRroo嬰兒車等；另一方面2013年3月之前的兒童搖椅產品的運動模式單一，普通鞦韆式搖椅只有一種擺動模式，美國4moms公司的mamRroo雙軸自動嬰兒車產品也僅提供5項固化的運行模式（分別是過山車式、袋鼠跳躍式、吊床搖擺式、再見搖擺式和圓環式）。這類搖椅不具備一種可供用戶自行定義其運動路徑的功能模式，在這種模式下智慧型電動兒童椅能夠記錄自身運動狀態信息（比如速度、位置坐標和姿態等），並在需要的時候自動再現，從而不能夠滿足不同用戶的多樣需求，不能獲得更好的用戶體驗。
發明內容
專利目的
該發明要解決的技術問題是提供一種可供用戶自行定義其運動路徑的功能模式的智慧型電動兒童椅的路徑生成方法。
技術方案
《智慧型電動兒童椅的路徑生成方法及智慧型電動兒童椅》的技術方案是：一種智慧型電動兒童椅的路徑生成方法，包括學習模式部分，所述學習模式部分的具體步驟為：
（1）每隔一段時間T通過I/O中斷分別測量驅動電機碼盤產生的脈衝個數，脈衝個數除以時間間隔T即為電機轉速值，脈衝數累積即為位置值；
（2）每隔一段時間T1讀取驅動電機的轉速值和位置值，T1大於T；
（3）將上一步得到的轉速值和位置值轉換並存儲，得到電動兒童椅的路徑。
在某些實施方式中，還包括再現部分，所述再現部分的具體步驟為：
（1）根據當前設定的電機轉速值、位置值採用PID算法控制電機驅動模組使電機到達設定的轉速值和位置值；
（2）周期性地從內部存儲器中讀取單個數據，轉換成電機轉速值、位置值；
（3）根據電機的實際特性參數對當前的轉速值和位置值進行修正和限制；
（4）將上一步得到的轉速值和/或位置值作為當前的電機控制的設定值，從而控制電機運動。
在某些進一步實施方式中，當系統進入學習模式後，當監測到轉速值不為零時系統才開始記錄狀態數據。在某些進一步實施方式中，當系統進入學習模式後，當監測到轉速值持續為零且超過設定的時間就自動退出學習模式。在某些進一步實施方式中，當系統進入學習模式後，第一次開始運動到停止的持續時間如果不超過事先設定的時間則不保存期間產生的數據。
在某些進一步實施方式中，當系統進入學習模式後系統監測到一段時間長度轉速值不為零後又監測到轉速值為零且超過設定的時間，則系統自動保存學習過程記錄的數據並自動退出學習模式。在某些實施方式中，當系統進入或退出學習模式時，會播放學習開始或結束的提示音。該發明解決的又一技術問題是提供一種智慧型電動兒童椅。
為了解決上述技術問題，該發明採用的技術方案是：一種智慧型電動兒童椅，包括椅架、設定於所述的椅架上的座位、設定於所述的椅架底部的多組輪組件，還包括用於實現上述任意一種路徑生成方法的路徑生成裝置，所述的路徑生成裝置設定於所述的椅架上，所述的路徑生成裝置包括：主控板，主控板負責整個系統各個模組的管理和控制；用戶操作模組，用於選擇功能模式和控制智慧型電動兒童椅的運動；存儲器模組，用於存儲學習過程中記錄的數據；電機驅動控制模組，根據主控板的控制信號分別控制兩個驅動電機的轉速和轉向，從而控制智慧型電動兒童椅的運動速度和方向即運動路徑；反饋測量模組，用於測量電機的位置和速度運動參數，系統定期採樣周期內碼盤產生的數字脈衝數來獲得電機轉速值，通過脈衝數累積值獲取電機位置值。
在某些實施方式中，所述的路徑生成裝置還包括可以控制用戶操作模組的遙控器。在某些實施方式中，所述的輪組件包括兩個分別受相應的所述的驅動電機控制的動力輪組件，兩個所述的動力輪組件的輪軸心線相同軸或者始終相平行。在某些進一步實施方式中，所述的輪組件還包括輔輪組件，所述的輔輪組件包括輔輪接頭、轉動連線在所述的輔輪接頭上的輔輪，所述的輔輪接頭與所述的椅架通過軸心線沿著鉛垂方向的轉軸轉動連線。
改善效果
《智慧型電動兒童椅的路徑生成方法及智慧型電動兒童椅》與2013年3月之前的技術相比具有下列優點：以在智慧型電動兒童椅上的套用為例，其優勢在於使這類搖椅具備一種可供用戶自行定義其運動路徑的功能模式，在這種模式下智慧型電動兒童椅能夠記錄自身運動狀態信息（比如速度、位置坐標和姿態等），並在需要的時候自動再現，從而能夠滿足不同用戶的多樣需求，顯著增強該產品的靈活性，使其功能和用戶體驗更加豐富多樣。
附圖說明
圖1為智慧型電動兒童椅的立體示意圖；
圖2該發明的系統組成結構圖；
圖3為學習部分程式流程圖；
圖4為再現部分程式流程圖；
其中，1、椅架；2、座位；3、動力輪組件；4、輔輪組件。
權利要求
1.一種智慧型電動兒童椅的路徑生成方法，其特徵在於，包括學習模式部分，所述學習模式部分的具體步驟為：
（1）每隔一段時間T通過I/O中斷分別測量驅動電機碼盤產生的脈衝個數，脈衝個數除以時間間隔T即為電機轉速值，脈衝數累積即為位置值；
（2）每隔一段時間T1讀取驅動電機的轉速值和位置值，T1大於T；
（3）將上一步得到的轉速值和位置值轉換並存儲，得到電動兒童椅的路徑。
2.根據權利要求1所述的智慧型電動兒童椅的路徑生成方法，其特徵在於，還包括再現部分，所述再現部分的具體步驟為：
（1）根據當前設定的電機轉速值、位置值採用PID算法控制電機驅動模組使電機到達設定的轉速值和位置值；
（2）周期性地從內部存儲器中讀取單個數據，轉換成電機轉速值、位置值；
（3）根據電機的實際特性參數對當前的轉速值和位置值進行修正和限制；
（4）將上一步得到的轉速值和/或位置值作為當前的電機控制的設定值，從而控制電機運動。
3.根據權利要求2所述的智慧型電動兒童椅的路徑生成方法，其特徵在於，當系統進入學習模式後，當監測到轉速值不為零時系統才開始記錄狀態數據。
4.根據權利要求2所述的智慧型電動兒童椅的路徑生成方法，其特徵在於，當系統進入學習模式後，當監測到轉速值持續為零且超過設定的時間就自動退出學習模式。
5.根據權利要求2所述的智慧型電動兒童椅的路徑生成方法，其特徵在於，當系統進入學習模式後，第一次開始運動到停止的持續時間如果不超過事先設定的時間則不保存期間產生的數據。
6.根據權利要求2所述的智慧型電動兒童椅的路徑生成方法，其特徵在於，當系統進入學習模式後系統監測到一段時間長度轉速值不為零後又監測到轉速值為零且超過設定的時間，則系統自動保存學習過程記錄的數據並自動退出學習模式。
7.根據權利要求1所述的智慧型電動兒童椅的路徑生成方法，其特徵在於，當系統進入或退出學習模式時，會播放學習開始或結束的提示音。
8.一種智慧型電動兒童椅，其特徵在於，包括椅架（1）、設定於所述的椅架（1）上的座位（2）、設定於所述的椅架（1）底部的多組輪組件，還包括用於實現權利要求1-7中任意一項所述的智慧型電動兒童椅的路徑生成方法的路徑生成裝置，所述的路徑生成裝置設定於所述的椅架（1）上，所述的路徑生成裝置包括：主控板，主控板負責整個系統各個模組的管理和控制；用戶操作模組，用於選擇功能模式和控制智慧型電動兒童椅的運動；存儲器模組，用於存儲學習過程中記錄的數據；電機驅動控制模組，根據主控板的控制信號分別控制兩個驅動電機的轉速和轉向，從而控制智慧型電動兒童椅的運動速度和方向即運動路徑；反饋測量模組，用於測量電機的位置和速度運動參數，系統定期採樣周期內碼盤產生的數字脈衝數來獲得電機轉速值，通過脈衝數累積值獲取電機位置值。
9.根據權利要求8所述的智慧型電動兒童椅，其特徵在於，所述的路徑生成裝置還包括可以控制用戶操作模組的遙控器。
10.根據權利要求8所述的智慧型電動兒童椅，其特徵在於，所述的輪組件包括兩個分別受相應的所述的驅動電機控制的動力輪組件（3），兩個所述的動力輪組件（3）的輪軸心線相同軸或者始終相平行。
11.根據權利要求10所述的智慧型電動兒童椅，其特徵在於，所述的輪組件還包括輔輪組件（4），所述的輔輪組件（4）包括輔輪接頭、轉動連線在所述的輔輪接頭上的輔輪，所述的輔輪接頭與所述的椅架（1）通過軸心線沿著鉛垂方向的轉軸轉動連線。
實施方式
《智慧型電動兒童椅的路徑生成方法及智慧型電動兒童椅》的實現過程主要可以分成學習和再現兩個部分，在該實例中兩部分功能的實現都基於如圖2所示的基本組成結構。如附圖1所示，一種智慧型電動兒童椅，包括椅架1、設定於所述的椅架1上的座位2、設定於所述的椅架1底部的多組輪組件，還包括路徑生成裝置，所述的路徑生成裝置設定於所述的椅架1上。椅架1的造型不是該發明的要點。
智慧型電動兒童椅採用雙輪驅動，即所述的輪組件包括兩個分別受相應的所述的驅動電機控制的動力輪組件3，兩個所述的動力輪組件3的輪軸心線相同軸或者始終相平行。通過差速實現轉彎。所述的輪組件還包括輔輪組件4，所述的輔輪組件4包括輔輪接頭、轉動連線在所述的輔輪接頭上的輔輪，所述的輔輪接頭與所述的椅架1通過軸心線沿著鉛垂方向的轉軸轉動連線。
該發明的智慧型電動兒童椅的路徑生成裝置主要包括以下部分：
主控板：作為整個系統的核心，可採用常見的微控制器或微處理器來實現，該實例採用ARMCortex-M0微控制器實現。主控板負責整個系統各個模組的管理和控制。
用戶操作模組：主要用於選擇功能模式和控制運動等，該實例採用遙控器實現，學習過程中用戶可以通過遙控器或者直接手推來控制智慧型電動兒童椅做運動。
存儲器模組：系統需要學習過程中記錄的數據保存到非易失性存儲器中，一般有內部和外部兩種可選類型，如果主控晶片中沒有提供足夠的存儲空間還可以在外部擴展（比如SPIflash等），該實例使用微控制器晶片內部提供的內部存儲器來保存數據。
電機驅動控制模組：驅動採用常規的H橋電路，根據主控板的控制信號分別控制左右兩路行走輪電機的轉速和轉向，從而控制智慧型電動兒童椅的運動速度和方向即運動路徑。
反饋測量模組：主要用於測量電機的位置和速度運動參數，反饋元件可以採用普通光電編碼器或電位計等，優選的，該實施例採用光電編碼器作為主動行走輪反饋元件。光電編碼器採用兩組低成本的光電碼盤和槽型光耦器件實現，分別安裝在兩路電機的轉軸上，系統定期採樣周期內碼盤產生的數字脈衝數來獲得電機轉速值，通過脈衝數累積值獲取電機位置值。
系統工作流程：在學習模式下，用戶可以按照自己的構想通過各種操作方式（比如遙控器遙控和直接用手推兩種方式）使智慧型電動兒童椅隨意運動，比如繞圈、沿某種軌跡反覆運動、前後或左右來回擺動等。在這個過程中系統會自動周期性地將左右兩電機的轉速值和位置值記錄並保存下來。在再現模式，系統根據之前保存的狀態信息以相同的時序通過主控制器、電機驅動模組和轉速測量模組的配合自動控制智慧型電動兒童椅將相同的運動狀態復現出來，期間不需要任何人工輔助。下面分別介紹兩部分功能在軟體上的具體實現流程及方法。
學習部分：學習部分的大致程式流程如圖3所示，包括以下步驟：行走輪電機轉速、位置測量：進入學習模式後，系統首先在另一個程式中啟動該任務，在該任務中系統每隔一段較短的時間T通過I/O中斷分別測量左右兩路電機碼盤產生的脈衝個數,脈衝個數除以時間間隔T即為電機轉速值，脈衝數累積即為位置值。
讀取轉速、位置值：在學習過程中，系統周期性（該周期大於等於測量周期）讀取左右兩路電機的轉速和位置值。轉換處理：由於讀取到的轉速和位置值的數據位數（8位）和存儲單元的數據位數（32位）不同，所以在保存之前要做必要的轉換處理，即將先後兩次讀到的4個8位數據轉換為一個32位的數據。保存到緩衝區:將上一步得到的32位數據保存到一個事先建立的32位數據緩衝區中。保存到存儲器：當學習結束或緩衝區已滿時系統自動將緩衝區中的數據保存到微控制器內部存儲器中並退出學習模式。
另外，為了增強學習過程的互動體驗，該技術在實現過程中還加入了一些必要的特殊處理措施，如下：當用戶通過遙控器等操作方式使智慧型電動兒童椅進入或退出學習模式時，會播放學習開始或結束的提示音，以增強學習過程的互動體驗。進入學習模式後，只有當用戶遙控或推動智慧型電動兒童椅開始運動後系統才開始記錄狀態數據，程式中當監測到轉速值不為零時表示已經開始運動。
進入學習模式後，如果智慧型電動兒童椅無運動時間超過一定時間（15秒）（用戶一直沒有操作智慧型電動兒童椅運動）就自動退出學習模式。進入學習模式後，第一次開始運動到停止的持續時間如果不超過事先設定的時間（2秒）則忽略期間產生的數據不保存，這樣能夠忽略有時用戶在真正開始學習前調整智慧型電動兒童椅位置所產生的運動影響，此功能也可稱作動作防抖功能。每次學習過程中，當用戶想結束學習使智慧型電動兒童椅停止運動後持續時間超過一定時間（3秒）時系統自動保存學習過程記錄的數據並自動退出學習模式。
再現部分：再現是學習的逆過程，其程式實現流程圖如圖4所示，步驟如下：啟動電機控制任務：電機控制任務負責根據當前設定的電機轉速值、位置值和加速度值採用PID算法，即比例積分微分控制電機驅動模組使電機達到設定的轉速和位置值。從內部存儲器中讀取單個數據：再現過程中系統會周期性地先從緩衝區中讀取一個32位的數據。轉換成電機轉速、位置值：由於每次讀到的32位數據裡面保存了4個8位的2次時間間隔的左右電機轉速值，所以需要將該32位數據轉換成先後兩次左右電機的轉速值。
速度限制和加速度設定：根據電機的實際特性參數（如最大速度、最大加速度等）對當前的轉速和位置設定值進行修正和限制；更新電機轉速或位置設定值：將上一步得到的轉速或位置值作為當前的電機控制的設定值，然後電機控制任務會根據該設定值控制電機達到相應的轉速或位置。
程式按照上述流程以相同的時序控制電機達到和學習時一樣的轉速和位置，從而使智慧型電動兒童椅的運動速度和路徑和學習時保持一致最終實現再現功能。該發明的實施例除了出廠預設的運動模式之外，還提供了上述的一種編程模式，實現運行軌跡記憶和再現的互動方式，以便用戶可以自己規劃運動路徑；該發明的實施例除出廠固化的兩種固化運行模式（波浪式和懷抱式）外，另外提供的編程模式允許用戶任意編程，大大增加了運動模式的多樣性，提高了用戶體驗。
榮譽表彰
2017年12月11日，《智慧型電動兒童椅的路徑生成方法及智慧型電動兒童椅》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
